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国内造纸废水处理方法研究进展-论文

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第3期毕可臻:国内造纸废水处理方法研究进展7国内造纸废水处理方法研究进展毕可臻(国家造纸化学品工程技术研究中心,杭州市化工研究院,杭州310014)摘要:造纸废水是造成我国水体污染的主要污染源之一。本文介绍了国内各种造纸废水处理方法的研究现状,讨论了各自的优缺点、作用机理及其应用案例,最后提出了该课题今后的研究方向。关键词:造纸废水:处理方法doi:10.13752/j.issn.1007-2217.2014.03.003随着我国经济的高速发展和人民生活水平的学法能有效地去除悬浮颗粒物。方便其他处理方不断提高,水资源短缺的问题日益突出,另一方面法进一步处理造纸废水,因此这两种方法可作为水污染也越来越严重,再加上我国人均淡水量的造纸废水的前处理工艺。而生物法广泛应用于造稀少.因此.对废水的治理已经成为一项非常重要纸废水二级处理中,且能有效地处理废水的和急待解决的课题。废水处理实质上就是采用各COD、BOD等污染物,使污染物达标排放或接近种手段和技术,将废水中的污染物分离出来,或将达标排放。其转化为无害物质,从而使水净化。2.1物理法物理法是利用物理作用处理、分离和回收废1造纸废水污染现状与概述水中的污染物,主要用来去除废水中不溶解的、粒造纸业是我国传统的用水大户,也是造成水径较大的杂质。常用的物理法有气浮、吸附、沉淀污染的重要行业之一。据统计。我国有大中小型造和砂滤等。纸厂10000余家左右,年排放废水量高达40多亿韩爱民等采用涡凹气浮法对废纸造纸废水m,占全国废水总排放量的近l0%。造纸废水中进行处理,实践表明,经混凝涡凹气浮处理的工的BOD年排放量200多万t,占全国废水BOD艺废水,COD去除率达到92%.BOD去除率达总排放量的25%,COD排放量更是多达300多到87.5%,SS去除率达到93.3%,可达标排放,万t,占全国COD总排放量的42%。随着我国经也可作为工艺用水回用[引。刘成波对取自某废纸济的发展,企业Et益面临水资源短缺、原料匮乏的造纸厂污水处理站的气浮池出水.采用6.2—7.6问题,同时水污染也越来越严重]。g/L的粉状活性炭作为吸附剂,吸附时间为1h,造纸废水大体上可分为几类:备料废水、制浆可将造纸废水的COD。值由280~320mg/L降废水、中段废水、纸机白水和废纸制浆废水等。通低至100mg/L以下l6]。田淑卿等采用吸附性能常所说的造纸废水,主要指的是中段废水,它具好、价格低、来源广的粉煤灰代替PAC,对造纸废有排放量大、COD高、pH值变化幅度大、色度高、水进行处理,使用经40%硫酸活化的粒度为160可生化性差等特点,是属于较难处理的工业废水~200目的粉煤灰,在30g/100mL的用量下,之一心]。因此,如何应用技术治理造纸废水,化害COD去除率可达8O_3%[。为利,回收、回用资源,促进生态环境保护与造纸单独使用物理方法处理造纸废水,工艺简单,工业可持续发展,具有重要的现实意义。成本较低,但是也存在着处理效果差的缺点.因此,它常与其它处理方法协同使用。2造纸废水处理技术2.2化学法造纸废水的处理方法主要有物理法、化学法、化学法是指利用化学反应的作用,将废水中物理化学法、生物法和生态法等。其中物理法和化的某些溶解性污染物转化为容易从水中分离的形收稿日期:2014—08—02\n8杭州化工2014年9月2014.44(3)态而加以去除的技术。常见的化学法有中和法、化絮凝法处理某造纸厂厌氧池出水,其研究结果表学沉淀法、氧化还原法、微电解法和高级氧化法明,在pH值为5,H20(30%)的用量为O.7mL/L,等。FeSO投加量为1.4g/L,0.1%PAM投加量为2mg/2.2.1微电解法L,反应时间为30min时,废水的COD。的去除率微电解(Micro—electrolysis)法,又称为铁炭近8O%ll。苌道松等人采用Fenton试剂氧化法法、内电解法,是利用铁屑和炭粒构成原电池,通处理某造纸厂二沉池出水,在pH值为4,H20过形成的原电池的电极反应对废水进行处理的工为0.6mL·L一,FeSO4为200mg·L时,COD和色艺。微电解法具有工艺简单、操作方便的优点,但度去除率分别为73.8%和75.0%。处理结果均也存在着诸多缺陷。如由于铁的腐蚀引起铁屑钝优于NaC10氧化法和KA1(SO)混凝沉淀法”。化而导致微电解过程中断,影响处理效果等喁]。丁绍兰等人采用Fenton处理造纸废水,在最佳条鞠琰等对COD。为420mg/L的某草浆造纸件下,即pH值为3,反应时间为120min,HO2/Fe企业中段废水二级生化处理出水采用微电解法摩尔浓度比为3:1时,处理后废水COD去除率近进行处理,在Fe/C体积比为2,双氧水投量为85%,B/C达到0.70,可生化性得到了很大改0.5Qth,进水pH值为3,反应时间为45min的善。吴敦葵等人采用Fenton法处理某造纸厂生最优条件下,COD和色度的去除率分别达到78化出水,研究结果表明,当pH值为3.5,H20和%和98%[。Fe的用量分别为30mmol·L和4mmol·L~,反2.2.2高级氧化法应时间为90min时,CODo去除率为70%,色度高级氧化技术(AdvancedOxidationProcess—去除率为9O.80%。此时,HO的用量为理论消耗es,简称AOPs)是2O世纪80年代发展起来的一量的1.26倍]。种处理难降解有机污染物的新技术,又被称为深Fenton氧化法的主要缺点是出水含大量的铁度氧化技术。它是在高温高压、电、声、光辐射或催离子以及在运行过程中容易出现泡沫或浮泥现化剂等反应条件下,产生具有强氧化能力的羟基象,因此需要与其他技术联合使用,并加强铁离子自由基(HO·),将废水中的难降解有机物氧化成的回收或固定化技术研究。低毒或无毒的小分子物质。同传统的化学氧化法2.2.2.2臭氧催化氧化法相比,高级氧化技术具有反应速度快、处理效率臭氧催化氧化法是利用臭氧在不同的催化剂高、对有毒污染物破坏彻底等优点,对于难降解有条件下产生羟基自由基的一种高级氧化工艺,具机物废水的处理具有极大的应用价值。目前,高级有使用方便、氧化能力强、去除有机物效果明显、氧化技术主要有Fenton氧化、臭氧催化氧化、光残余臭氧易分解、不产生二次污染等优点n。催化氧化和电催化氧化等技术引。张莹莹等人采用O,/H20联合法深度处理2.2.2.1Fenton氧化法制浆造纸废水二级生化出水的试验研究表明,在Fenton氧化法作为高级氧化技术之一,具有温度为17℃,pH值为7.45,臭氧产气速率为8反应迅速、设备简单、处理效率高等优点,被越来g·h~.投加量为lmL·L~.臭氧投加量为150越多地应用于难降解有机废水的处理。它是利用mg·L时,COD去除率达到68.25%,色度去除率Fe和HO之间的链式反应生成具有强氧化性可达到99A%。马黎明等人采用臭氧催化氧化法的羟基自由基(·OH),在水溶液中破坏难降解有对生化处理后造纸废水进行深度处理,结果表明,当机物的分子链结构,改变发色的官能团,生成易初始pH值为8.12.臭氧通入量为514mg(400mL被去除的小分子结构。部分有机物甚至被氧化为废水),在25℃条件下臭氧化反应10rain,色度和CO和HO,从而达到去除有机物和降低色度的目COD去除率分别达到86.3%和38.9%。的I4。臭氧催化氧化法同时也存在着设备较复杂、目前国内对Fenton氧化法处理造纸废水的投资大、耗电大等问题,因此研发新型高浓度臭氧研究报道较多。代表性的如赵登等人采用Fenton一发生器,并与其它新技术联用是目前的研究热点。\n第3期毕可臻:国内造纸废水处理方法研究进展92.2.2_3光催化氧化法时,PAC+PAM的处理效果最佳.当PAC投加量为光催化氧化法指的是光催化剂在光照条件100mg/L,PAM投加量为1mg/L,快搅2min,慢(可以是不同波长的光照)下起氧化作用的化学反搅10min。静置20min后。去浊率可达97.1%.应,根据催化剂的不同可分为均相光催化氧化法SS去除率达到76.7%,色度去除率可达97.1%,和非均相光催化氧化法。其中研究较多的非均相COD去除率可达52.8%㈣。李文鹏等人使用两光催化氧化法多使用光敏半导体材料如n型半导种微生物絮凝剂LBF和CBF处理造纸废水,在最体(如TiO2、ZnO、WO,、Cd等)作催化剂,在光的照佳条件下,LBF处理造纸废水后COD去除率为射下激发产生电子一空穴对.吸附在半导体上的溶39%,SS去除率为87%,色度去除率为7l%;以解氧、水分子等与电子一空穴作用,产生氧化能力CBF处理,COD、SS和色度去除率分别为47%、75%极强的羟基自由基.羟基自由基再与水中有机污和44%,均优于PAC。但是在最佳条件下,需要染物发生氧化反应.最终生成CO及无机盐等物加入助凝剂CaC1,且需要调节废水的pH为12.质。增加了处理费用E26]。由于光催化氧化法具有反应条件温和、氧化混凝法的主要缺点是单独使用时处理效率不能力强、适用范围广等优点,因此对它的研究报道高,可作为其它处理方法的前处理,起到提高处理较多。全玉莲等人使用纳米二氧化钛光催化剂处效果和降低处理费用的目的理某再生纸制浆纸厂经生化处理后的出水。在废2_3.2膜分离法水pH值为3,光催化剂用量为1.0g/L,反应时间膜分离技术又称膜滤(membranefiltration)技为7h时,COD去除率可达76.0%[。石中亮等术,是利用特殊薄膜的选择透过性能来实现水中以TiO。为催化剂,用光催化氧化法处理制浆造纸物质的分离、浓缩或提纯的一类方法的统称,按照废水,在焙烧温度为500℃,焙烧时间为2h,pH膜孑L径的大小可分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤值为7~8,TiO:用量为2.0g·L~,H0:量(体积分(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)等。与传统的分数)为0.6%,光照为4h的条件下,废水COD的离操作方法相比,膜分离技术具有设备占地面积去除率可达90%E24]。小、工艺简单、维护方便、处理效率高、无二次污光催化氧化法存在的主要问题是光源利用率染等优点,近年来在水处理工业中的应用越来越较低,降解不够彻底,因此目前的研究热点是研发多E271。新型的光催化材料,并与其它技术联合应用。梁睿荣等人采用微滤一反渗透组合工艺深度2.2.2.4其它高级氧化法处理模拟造纸废水,研究结果表明,在操作压力为此外。还有其它高级氧化技术。如湿式氧化技0.62MPa,回收率为7O.8%。进水电导率为1100术、超临界水氧化技术、声化学氧化技术、电催化Ixs/cm,进水pH值为8.0,进水温度为27℃时,氧化技术等,国内的相关研究报道也越来越多。出水COD叭NH一N与氯离子去除率和脱盐率分2.3物理化学法别达到74.25%、92.88%、94.50%和95.95%]。物理化学法是通过物理或者化学反应的作用王承亮等人运用聚醚超滤膜对OCC造纸废水二来达到去除废水中的污染物的目的,主要有混凝级生化出水进行处理,在最佳优化工艺条件下,即法和膜分离法等膜截留相对分子量为1000.压力为0.3MPa。温度2_3.1混凝法为20℃,转速为200rpm,最佳透过比为95%混凝法处理造纸废水具有占地少、设备简单、时,膜设备可获得最佳处理效果:废液通量27.6运行管理方便等特点,是造纸废水处理行之有效L/(m·h),COD。去除率85.6%,TS(总固形物)去的方法。除率37.9%,CD(阳离子需求量)去除率99.1%,解林等人采用混凝法对某造纸厂厌氧好氧工色度去除率99.0%E29]。叶丰等人采用中试规模的艺出水进行处理,结果表明,分别采用FeSO+连续微滤(CMF)和反渗透(RO)集成工艺对经聚PAM、AI2(SO4)3+PAM.PAC+PAM作为混凝剂合氯化铝预处理之后的造纸厂缺氧/好氧(A/O)\n10杭卅I化工2014年9月2014.44(3)污水处理系统二沉池出水进行深度处理,试验结床(UASB)、复合型厌氧反应器(UBF)、膨胀颗粒果表明,CMF处理二沉池出水,其出水COD平污泥床反应器(EGSB)和内循环反应器(IC)等。殷均为87.7mg/L.色度为23.4PCU,浊度为O.17承启等选择二次纤维制浆造纸混合废水为处理对NTU,去除率分别高达39%、48.2%和98.3%,象,用UASB处理模拟废水,在UASB水力停留时CMF作为RO工艺的预处理各项指标均满足RO间为4。43h,容积负荷COD约6.0kg/(m·d)的条进水要求;RO产水COD0平均为3.2mg/L,色度件下,可去除90%以上的COD,50%以上的总为4.1PCU,浊度为0.07NTU,电导率平均由1802硬度,以及80%以上的硫酸根离子[3。p~S/cm降低至41.8~S/cm,脱盐率高达99%。2.4-3生物酶法膜分离法的主要缺点是膜易污染和劣化,造生物酶法是利用酶的催化作用来加速降解有成膜能量严重衰减,同时膜工艺造价较高,限制了机物的反应。与其他微生物法相比,酶处理技术具其在造纸工业中的推广应用。有反应条件温和、效率高、对水质及设备情况要求2.4生物法较低、对温度、浓度和有毒物质实用范围广、可以生物法是利用微生物降解代谢有机物为无重复使用等优点。但是酶处理技术成本高,而且处机物来处理废水,包括好氧法、厌氧法和生物酶理条件非常苛刻,耐冲击能力较差,易失活]。法等。周慧华等采用固定化漆酶处理制浆造纸废2.4.1好氧法水,在温度为25,水样pH为6.5的条件下,固好氧法是利用好氧微生物在有氧条件下降解定化漆酶投加量为0.2g/L,CuSO投加量为10代谢处理废水的方法,主要有活性污泥法、生物膜mg/L,1一羟基苯并三唑(HBT)投加量为4mg/L,法、接触氧化法等。好氧法处理效果好。但存在着反应时间为8h,色度去除率可达到85%左右,产生污泥量大和动力消耗大的缺点l3]。COD去除率为12.51%l35]。张丽娟在常温下.采用兼氧、好氧生物接触氧2.5生态法化处理高浓度制浆造纸废水,利用兼氧菌将废水生态处理法是模拟自然环境,选择一定的地中的大分子有机物分解为低分子有机物,同时利理位置与地形,通过环境生物的代谢过程净化废用兼氧菌的水解作用破坏大分子有机物的有色基水的一种方法。目前它已成为研究与应用的热点,团,提高废水的可生化性。然后在好氧池中利用好其中氧化塘和人工湿地研究与应用最多。它们的氧菌的同化和异化作用将兼氧菌所分解的产物进共同特点是投资少.能耗低,管理简便,出水水质行降解,从而达到脱色、去除COD的目的。该系统好,可实现多种生态系统的组合,有利于废水的综对色度去除率在75%,SS去除率在79%,CODn合利用[273从3834mg/L降到106mg/L。去除率在97%{。。李丽娜等利用垂直复合流模拟人工湿地系2.4.2厌氧法统.对经过生化法和沉淀处理后的废纸造纸废水厌氧法是在无氧的条件下,通过厌氧微生物进行处理实验研究,结果表明,多层次多植物配置降解代谢来处理废水的方法。与好氧法相比,厌氧的植物床能有效去除污水中的污染物,经氧化塘法具有以下优点:不需曝气,只需少量或不需补充系统处理后废水的pH值为7.2~7.4,COD。、营养物;产生的污泥量少,污泥稳定,易于脱水;反BOD和SS平均浓度分别为543mg/L、416mg/L应器负荷高,体积小,占地少;规模灵活,操作方和429mg/L,在运行水负荷为0.053m/(m·d)、便。但是厌氧法也存在着厌氧微生物增殖缓慢,设停留时间为5d的条件下,经人工湿地处理后废备启动时间长和处理效果不如好氧法等缺点。因水的CODBOD和SS的去除率分别为91.4%、此.对于操作控制较为复杂且安全措施要求严格94.9%和98.0%[蚓。的废水处理,厌氧法常作为好氧法处理前的处理,目前.利用生态法处理造纸废水的技术还不以达到更好的处理效果_3。完善,存在许多问题.如出水水质指标不稳定,处厌氧生物处理技术主要包括上流式厌氧污泥理效果受季节影响大等,需要对其加强研究。\n第3期毕可臻:国内造纸废水处理方法研究进展2.6联合法存在着一定的局限性。因此,对造纸废水处理技术造纸废水的处理方法较多,为了在提高处理的研究不能停滞,建议在以下方面加大研发力度:效果的同时降低处理成本,一般采用联合法,通过(1)针对不同来源的造纸废水,从物理、化学、不同处理方法的联合使用.来达到经济性和实用物化和生物等方法方面,优化现有的技术.并不断性的统一。开发新技术。同时通过不同工艺的联合处理,实现李贞玉等人对取自山东某纸业有限公司再生优势互补。造纸废水,采用混凝沉淀法与微电解法组合工艺(2)~tl强废水处理药剂的研发,不断开发出高进行处理。混凝沉淀法可以去除废水中主要悬浮效低毒、对环境友好的化学药剂。物。微电解法具有运行费用低、处理效果好和“以(3)提高废水处理设备的制造能力,优化工艺废治废”等优点,可以将大分子有机物分解成易降流程,提高处理效果。解的小分子物质以提高废水的可生化性,减小后(4)研究开发适合于各种情况的废水零排放续生化处理工艺负荷。该废水经格栅、调节池和初清洁生产工艺,提高废水的封闭循环能力。沉池处理后,水质COD为5685mg/L,SS质量浓相信造纸行业定会在处理技术Et趋完善的形度为1259mg/L。pH值为7.O,氨氮质量浓度为势下,满足造纸废水的排放标准,符合环保要求,30.36mg/L,总磷质量浓度为9.23mg/L,BOD5为实现经济效益、环境效益和社会效益的统一。1841mg/L,B/C为0.32。研究结果表明,混凝工艺最佳的混凝剂为氢氧化钙,其用量为4g/L,沉淀参考文献时间为40min,铁炭微电解工艺初始pH值为[1]王贞侠.简谈造纸废水处理的现状及回收利用[J].中国化T贸易,2014,(1):367—368.3.0,铁碳总量为20g/L,铁炭比为3:1,反应时问[2]张艳霞,张伟令,陈苔.造纸废水特性及处理技术研究为40min,出水pH值用氢氧化钙调为8.0。处理[J].中国科技博览,2013,(37):43.后出水COD、SS、氨氮、总磷和BOD的去除率分[3]唐黎标.生物技术在造纸废水处理中的应用[J].天津造纸,2O13,(4):17—19.别为52.88%、91.64%、43.08%、93.61%和33.19[4]潘洪艳,张安龙,张佳.造纸废水处理技术[J].湖北造%。废水的可生化性由0.32提高到0.46_3。滕厚开纸,2010.(4):34—39.等人比较了不同絮凝剂体系与有机高分子共同作『5]韩爱民,刘斌,冯爱民.涡凹气浮法及在废纸再生造纸中的应用[J].工业水处理,2002,22(4):49—50.用以及不同高级氧化工艺对造纸废水生化出水深[6]刘成波.活性炭吸附法去除废纸造纸废水中COD[J].度处理的效果,结果表明,铁盐一有机高分子絮凝纸和造纸,2003,(4):66—68.剂处理后效果较好。COD去除率达到52%,采『7]田淑卿.时鹏辉.利用活化粉煤灰处理造纸废水的研究[J].电力环境保护,2009,25(5):55—57.用化学预处理联合光电催化氧化法反应1.5h[8]朱又春,方战强,夏志新.废水微电解处理反应材料研后,COD去除率达到88.1%,采用化学预处理究[J].膜科学与技术,2001,21(4):56—60.联合臭氧催化氧化法反应1h后,COD去除率[9]鞠琰,陈嘉川,薛嵘,等.微电解深度处理造纸中段废达到85.7%⋯]。水的研究[J].山东轻工业学院学报,2007,21(4):65—68.目前无论在实验研究中还是在实际应用中,『10]黎斌.浅谈高级氧化技术在造纸废水处理中的应用针对不同类型的废水来源.多是使用不同处理方[J].资源节约与环保,2013,(7):245.法组成的联合法来处理造纸废水,以提高处理效[11]滕厚开,谢陈鑫,李肖琳,等.造纸废水深度处理技术研究[J.水处理信息报导,2013,(4):l一5.果,降低成本。[12]杨德敏,谭婷.造纸工业废水深度处理新技术[J].纸和造纸,2011,30(2):48—53.3结语[13]丛高鹏,施英乔,丁来保,等.制浆造纸废水高级氧化技术研究现状及展望『J].纸和造纸,201l,30(6):综上可知,造纸废水由于有其自身的特性特46—51.点,在选择废水处理工艺时,需要根据不同水质选『14]王耀,郭徽,马晓东,等.Fenton氧化法在造纸废水处择合适的处理方法。同时在处理技术的应用范围、理中的应用fJ].中国造纸,2014,33(2):79—81.『15]赵登,张安龙,罗清,等.Fenton一絮凝工艺深度处理造能源消耗、技术可操作性、投资运行费用等方面还\nl2杭州化工2014年9月2014.44(3)纸废水[J].纸和造纸,2013,32(3):58—61.水的处理效果研究[J].工业水处理,2013,33(11):『16]苌道松,张吴,徐颖,等.不同化学方法对印染、造纸13—16.废水的深度处理研究[J].河南师范大学学报(自然[27]王承亮,冯文英,苏振华.制浆造纸废水深度处理技科学版),2012,40(6):l17一l21.术[J].江苏造纸,2010,(3):43—48.f17]丁绍兰,常娥,薛侃.用Fenton提高造纸废水的可生[28]梁睿荣,颜幼平,姚兴.微滤一反渗透法深度处理造纸化性[J].纸和造纸,2011,30(9):46—48.废水运行参数研究[J].资源节约与环保,2013,f18]吴敦葵,刘明友,肖仙英.羟自由基深度处理造纸废(11):82,101.水[J].纸和造纸,2010,29(7):57—60.[29]王承亮,苏振华,冯文英.OCC制浆造纸废水的膜处f191AndreozziR,Canteri130M,MarottaR,eta1.Antibiot—理技术研究[J].湖南造纸,2010,(3):13—16.icremovalfromwastewaters:Theozonationofamoxi—[30]叶丰,戴晶,马春明,等.连续微滤和反渗透集成工艺cillin[J].JournalofHazardOUSMaterials,2o05,122深度处理造纸废水fJ].天津工业大学学报,2008.(3):243—250.27(2):44—47.f20]张莹莹,买文宁,马静,等.O3/H202联用工艺深度处[31]张丽娟.好氧接触氧化法处理制浆造纸废水『J].中理制浆造纸废水的试验研究[J].水处理技术,2012,小企业管理与科技,2009,(21):237—238.38(3):75—79,83.[32]方伟忠,孙胜东.生物技术在制浆造纸废水深度处理『21]马黎明,李友明,雷利荣.臭氧氧化法深度处理造纸中的应用与发展[J].湖北造纸,2010,(2):46—50.废水的实验研究[J].造纸科学与技术,2010,29f33]殷承启,洪建国.上流式厌氧污泥床处理造纸业废(4):68—71.水的研究[J].南京林业大学学报(自然科学版),f22]HofmannMR,MartinST,ChoiW,eta1.Environ.2oo4.28(5):4l一44.mentalapplicationsofsemiconductorphotocatalysis[J].[34]尚尉,涂强,孙墨杰.絮凝法深度处理造纸废水[J].ChemicalReviews,1995,95(1):69-96.纸和造纸,20l2,3l(12):55—57.f23]全玉莲,姚淑霞,董亚荣,等.纳米二氧化钛光催化降[35]周慧华,张安龙,赵登,等.固定化漆酶深度处理制浆解造纸废水的试验研究[J].环境工程,2011,29造纸废水[J].水处理技术,2013,39(9):57—60.(1):55—57,97.[36]李丽娜.李亚治,达良俊,等.复合垂直流人工湿地处f24]石中亮,华丽,姚淑华.TiO2光催化剂处理制浆造纸理废纸造纸废水的研究fJ].中国造纸,2009,28废水[J].纸和造纸,2007,26(3):57—59.(9):43—46.[25]解林,刘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